Пономарев Л.И. - Основы ЭМС излучающих систем

хамб Кйщм Агнцев авмОЗ,соо!агап.ги У%36$Ж$6но на заоедании редоовежа Х ноября Х%8 г. Моокза Иадателъстзо ИАИ Х989 831.396.6 ~Иб) П 563 УЛК 6О 396.6:621,ЗЖ,82 (075,8) Понамарев л.й. Основы ЗМС излучающих систем РЭС: Учебное поообив. - М : Мзд-эо Ма, 1989. -Иж с.,' ил. В пособии с4ор~улкроэана цраблема и иерархическая структура ЗВС РЗС, дано краткое иэломенне методов расчета ЗХС на системном уровне, введены параметры н модели рвднопервданщих, радноприемных и антенкнх устройств с позиций ЗМС. Изломаны прнблнивнныв и электродинамические ме*оды расчета коэф$нцнента связи н характеристик направленности антенн на нерабочих частотах.

Пособие предназначено для студентов радиотехнических опецмалькостей, изучающих куро "ЭМС излучающих систем", Рецензенты: ШЛ. Чабдаров, С.Д. Кременецкий 1явя я.~в~~-е1и-~ ф Московский авиационный институт, 1989 Настоящее пособие по курсу "ЭМС излучающих системе является по существу первой попыткой систематиэированкога наложения одного мз вакнвйинх разделав элвктромагниткой совместимости (ЗМС) радиоэлектронных средств ГРЭС) - методов расчета параметров ЗМС антенн и других излучающих устройств н систем э миронам диапазоне частот. Как известно, связь через антенные устройства является наиболев вероятным каналом эзаимодейотвия РЭС, определяющим их ЭМС.

Кроме того, проводники, о~верстки в металлических полостях, активные приборы н другнв элементы к уэлм, выполняющие определенную Функциональную задачу в РЭС, с точки зрения ЭМС с другим РЗС являются излучающими устройствами, н как раэ в силу их "антенного з44екта" э проявляется мешающее воздействие как в пределах одного РЭС, так и мекду различными РЭС. Поэтому не~оды расчета параметров ЭМС излучающих устройств и аистам вне зависимаотя от их Функционального назначения имеют общую ~скоку, базирующуюся на электродннемнчвсккх законах излучения и приема электромагнитных волн телами э большом интервале отноненкя диаметра излучающего тела 1.

к длине волны А излучаемого поля (1 Ф ИА Э 10 , и. ж 3" .4). К настоящему времени издано ряд монографий и учебных пособий, например ~1-91 , в которых рассматриваются в основном системные вопросы общей проблемы ЭМС н почти не затрагиваются электродина-. мичвские основы расчета и обеспечения ЭМС РЭС.

Исключение составляют монография ~25~ н ряд журнальных публикаций ~20, 21, 221 , э которых рассматриваются некоторые антенные аспекты проблемы ЭМС РЭС. з 3 пособии, параду с.изложением ма~ариэле по раэделу "ЭМС иэлучающах сиотеФ (гл. 2 ), в гл. 1 приводится постановка общей проблемы ЭМС РЭС, вводятся параметры и характеристики радиотежничесаах устройств, элиюаие иа ЭМС РЭС, а нратио нэлагаатоя иерархическая струптура а модели ЭМС РЭС. Этот раэдел написан в основном по материалам работ ~1-5, 7-9~ , э которых можно ней~и более подробное иэлоаение системных аопектоэ проблемы ЭМС РЭС. 3 поппе пособия приэедеаа довольно обиарная, хотя и пе полная, бнблиограФия по иэлагаяимм вопросам. Мелесообразнссть приводиыых бнблиогра4ических оскпоа объясняется тем, что хотя автор а предполагал, что студенты, изучающие куро "ЭМС иэаучавщих систем", хороио знакомы о основами электродинамики н антеннах уотройотв, ряд излагаемых вопросов требует более глубоких знаний, которые и можно найти э перечне приводимой литературы.

Кроке того, отдельные вопросы аэ-эа ограниченности объема изложены в пособии беэ промезуточных Глава 1. Р Ш К ф 1.1. ИСТРИЯ Ш ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ЭМС РЭС Менее 106 лет проило с момента практического применения электромагнитных волн. На сегоднянний день электромагнитные волны испоаьэуются для передача и приема информации э радиовещании, телевидении, радиосвяэн, радиолокации, радионавигации, радиоастрономия, радиоуправленни летательными а другана аппаратами. Кроме того, аирокое применение электромагнитные волны находят э медицине, геологии, метеорологии и многих других облаотях народного хоэпйотэа.

Спептр электромагнитных волн охватывает диапаэоп от 10 3 до 1022 Гц» учаоток этого днапаэона от единиц герц до 3000 ГТц всполь$уется в рэдиотехниве н поэтому относится в радиочастотному лиепа эонуе 0 динамика развития редиотехиичеоких систем (РТС)х моано судить иа основании следупщих данных ~1, 2),. В 1936 г. в США насчитывалось 600 радиовещательных станций, и аоицу 60-х годов их стало более 6000, а чиоло телеэиэиоппнх передатчиков увеличилось до 600. К 1972 г.

э СМА насчитывалось уие 18 тыс. радиовещательных и телевизионных станций с мощностью иэлучеиая от 500 Вт до 5 мВт. В среднем на площади в 10 км2 прнгородпогорадокой зоны находилось по одной станции, что соответотвовало оредаей плотности потока мощности около 156 Вт/(октава пм2). С 1961 по 1966 г. чноло радиолокационных станций (РЗС) э. США наросло о 3 до 15 тыо. В 1972 г.

только крупных РЯС с кощностьа иэлучения от 100 кВт- до 5 мВт насчитывалось около 3 тыс., что в пересчете на среднею плотность налучения РЛС в пригородно-городской эона дает величизу 31500 Втоптала кы2). В 1950 г. в США насчитывалось 100 тыс, подвижных служб радиосвязи, в 1975 г. кх было уае 5,8млн, а в 1980 г. - 7млн. Эти слуабы работали э КВ и уКВ диапаэонах и имели средпвм мощность излучения около 100 Вт. Только в даапаэоках метровых и дециметровых волн а 1981 г. э США насчитыэалось более 9млн передатчиков, устанавливаемых в оскоэнон не подвижных объектах. " Радиотехнические системы составляют один из оспоэных подклассов радиоэлектронных средств.

С 1958 по 1974 г..в ОБА было выдано 1млн лиценэий на право пользования частной радиосвязью, 2-й ииллион был выдан эа В. мескцев 1975 г., 3-й миллион эа декабрь 197$ г. В 1972 г. в средивм ка 25 км2 пригородной эоны приходилось до 50 передатчиков с плотностью мощности 2540 Вт/(октава'км2). Приведем данные по оценке эагруэки КВ диапаэона. Этот дкапаэон (Х = 10...100 и) занимает полосу частот в 27 МГп.

Если выбрать рабочую полосу приеиника в 3 кГц, то в ЖВ диапазоне можно разместить 9000 каналов. Однако уив к 1975 г. в Ока было более миллиона передатчиков в КВ диапаэонв, иэ которых более тысячи имели мощкость иапучвкия, превышающую 100 кВт. Таким образом, вышеприведенные данные показывают, что число действующих РТС о каждым годом непрерывно растет. Количество передвижных радиостанций удваивается каждые Ф-5 лвт, вще быстрее увеличивается число РХС. Многие РТС работают з непосредственной блиэости друг от друга. Особенно это относится к бортовым РТС. Так, на типовом американском боевом фрегате кмвется около 20 связных приемников, 3 поисковых РЯС, 3 навигационных приемника и около 10 других рэдиоэлентронных средств, Зля выхода в э4ир РТС имеют около 40 антенн, размещенных на площади 150х15 м2.

На современных азиакосцах число антенн ооставляет несколько сотен; так, на авианосце "Энтерпрайз" расположено около 500 антенн. Расстояние между оосвдними антеннами в СВ и КВ диапазонах менее 30 и, а з СВЧ диапазоне менее 10 м. Больное количество РТС и скученность антенн приводят к значитвльныи вэавмным помехам. Напркженив высокочастотных помех ка входных зажимах корабельных радиоприемников достигает $0..

° 100 В. Значительный уровень взаимных помех возникает деже в РТС, устанавливаемых на гражданских судах. Так, измерения, проведенные на тепдоходе 'Квеахсевк", вокаеадв ~2~, еео схдоеке РЛВ соедеее вв саке средний поток мощности 0,1 Вт/м , что эквивалентно напряженности электрического поля более 200 В/и. Ещв оотрее проблеме ЭМС возникает з самолетнмх, спутниковых и космических РЖ, В табл. 1.1 приведены некоторые данные по количеству РТС и оболужизающих их антенн на американских оамолетах.

Наряду о возрастанием количества и плотности раэмещенкя РТС неблщдается тенденция к оущеотзенному возрастанию их мощкости иэлученин. Иэввстны клистронн со средней мощностью 1 мВт и импульсной около 100 иВт. В силу неидвальности частотных характеристик радиокередающих устройств, последние, наряду с генерацией на основной чаототе, имеют з спектре генерируемой мощности гармоники и субгармоники ооновяой чаототм, а также другие виды побочного и внеполоского иэлучвний. В табл. 1.2 и 1.3 приведены данные по относительному уровню и-х гармоник и побочным излучениям в некоторых типах передатчиков и генереторных приборов (в децибелах относительно уровня мощности ка оскозкой частоте).

Таблица.12 Таблица.1.3 Анализ этих таблиц показывает, что в мощных РТС уровень внвполссногс и побочного излучений монет быть Весьма значительным, Так, расчеты внеяолосного излучения одной иэ РЛС с импульсной мощ ностьв излучения 5 МВт показали, что уровень излучения четвертой гармоники составляет 200 Вт и лвямт в диапазоне воздушной навигации. Мощности ив большинства пвредавщих устройств РТС навигации оказываются менее 200 Вт.

У другой РЯС с магявтронным передатчиком, имевшим импульсную мощность 10 МВт, иаблщцалось побочное излучение в полосе 200 МГя о мощностьш 10 ИВт. Средний уровень гармоник ИЗЛУ- чения современных РХС составляет 1...100 Вт, что после пересчета в децибелы относительно одного ватта (дБ Вт) дает 0...20 дБ-Вт, Чувствительность типовых приемников РЛС составляет -Б0...-1б0 дБ Вт (отдельные приемники имеют чувотвителъиость -220 д$ Бт).Следовэ« тельно, мощность гармония РХС на 130...180 дБ превышает чувствительность средних приемников РЯС.

Борьба с мной помехой даме с учетом потерь распространения составляет очень слоинув задачу. Приведенные данные поэволяшт ОФОркулмровать основныв причины обострения электромагнитной обстановки, приведшие к возникновению проблемы ЭИС РЭС: непрерывный роот числа действующих РТС, вызвавший увеличение плотности размещения РТС и перегрузку отделъяых участиов радиотехнического диапазона; повышение мощности передатчиков я чувствительности приемников РТС; противоречие между ограниченностью пространства, в пределах «оторого могут размещатъся бортовыв РТС, и все возрастающей сложностью радиотехнических задач, решаемых этими систвмвми, приводящее к противоречив между улучшением "собственных" характеристик отдельных РТС я обеспечением их ЭМС; резкое увеличение «ясла действующих помех на самолетные и опутяияовые РТС.